发动机控制模块控制原理的分析和应用

发动机控制模块控制原理的分析和应用
张静波
目前，随着科学技术的发展，现代机械设备更多地采用了电控技术、信息传感技术、故障自动监控技术和工况自动选择技术等。

很多国际著名设备公司对此技术应用十分普遍。

笔者在莫桑比克169公路项目工作期间，多次接触这种类型的产品，觉得该种产品不但功能强大，对于机械设备的操纵、安全运行起到了良好的控制、保护作用，而且结构紧凑、小巧，安装、拆卸方便。

现以VOLVO公司G720B型平地机及PERKINS公司perkins2800型柴油发电机组为例，对该技术在机械设备中的应用进行分析。

在不同的公司，对此的称呼稍有区别，有的叫“ECU”(Engine Control Unit发动机控制单元)，有的叫ECM(Engine Control Module)。

下文统称“ECU”
在莫桑比克169公路项目部，我们选用PERKINS公司生产的perkins2806C-E16型柴油发电机组。

该机组主输出功率为500kVA,cosφ0.8，电压等级～400V,频率50Hz。

在该机组上安装有ECU控制模块。

该模块相当于发动机的“大脑”，就其工作原理而言，主要包含两方面内容：一是对设备的运行状态进行监测；二是在设备发生异常情况后通过对相应传感器输出数据分析、诊断，输出执行信号，并作出对应反馈，确保发动机在安全状态下运行。

在发动机各部位安装有传感器。

传感器把所感应到运行及环境状态转换为电信号，通过数据线传输到ECU,由ECU加以判断、分析，从而决定执行何种执行机构。

一般情况下，设备在出厂时，ECU内的软件已由生产商输入，由厂家密码保护，用户不能更改，只有在特殊情况下，才可以通过服务器进行检测、调试和修正。

ECU与服务器之间的信息传输由事先安装在线束上的输出插头与数据传输线连接实现。

多数设备信息传输接口采用USB方式，简单通用。

部分接口采用其他方式。

ECU实际上是一套控制设备部件、读取并反馈操作参数的微电脑系统。

由于篇幅限制，本文在此对于ECU系统的工作原理不再赘述，重点就常用设备ECU系统检测、诊断和反馈控制进行简述。

部分大型设备上，每个部分均安装有ECU。

例如莫桑比克169公路项目曾经使用过的VOLVO公司G720B型平地机，安装有E-ECU(Engine Control Unit)、I-ECU(Instrument Electronic Control Unit)和T-ECU(Transmission Electronic Control Unit)等。

发动机上ECU（E-ECU）包含的软件是为了发动机功能的控制。

I-ECU为一个显示元件，其工作任务与E-ECU相似。

它的控制功能遍布整个平地机。

它持续地与E-ECU通过两根不
同型号的数据总线进行信息联系。

高速线作为控制母线，它工作在256K字节/秒，是控制系统的功
能实现所首要的，根据操作环境的改变快速进行调节。

低速线工作在9.6K字节/秒，与高速线相比有很大的降低，它是作为信息和诊断信号传输的主母线。

I-ECU安装在显示盘内，它接受来自遍布设备的传感器送来的信息，并且显示这些信息。

对于每个要输送到I-ECU的信息，首先通过数据线传送到E-ECU,由安装在E-ECU上的软件确定哪些信息需要读出，哪些信息需要忽略不计。

同样地，通过数据线系统输送到I－ECU的信息也由软件进行筛选。

传动系统也安装有ECU（称为T-ECU），其上包含的软件主要用于传动系统的控制，对其各部分运行参数进行监测。

T-ECU接收由传感器和变速箱传来的信号，发送指令到独立的传动显示部分和传动线圈，去执行所需要的操作。

它是密封的，包含一个由9个操纵杆位置组成的印刷电路板。

该印刷电路板输送向前、向后、升速变换或降速变换信号到T-ECU，该T－ECU将根据所要求的传动比发送24V电压到变速箱上的恰当的线圈，只有6个线圈中的2或3线圈会执行一个档位。

该ECU也控制倒车警报。

变速箱总成由一个继电器控制，来实现空档安全启动功能。

驻车警告灯和蜂鸣器通过T-ECU 实现。

该T-ECU检测传动系统的故障，故障一旦发生，故障代码将会立即显示出来，给操作手一个警报信号。

I-ECU和E-ECU互通信息通过一个数据总线系统。

I-ECU接收输入来自T-ECU的变动的马力信号（VHP）、刹车信号、和空档信号等。

另外，对于散热器风扇速度的调节，安装有一个附加模块。

该模块接收来自传感器的信号：吸入的空气温度、发动机冷却液温度、液压油温度。

如果一个传感器感应数据超出了标称范围，它将通报给控制模块一个电子信号，那么，风扇会执行模块的要求。

根据设备所处的海拔高度不同，ECU在已确定的程序上自动调整设备输出功率。

综上所述，微电脑技术对设备的控制主要体现在对关键参数的实时监控。

在关键部位设置传感器，对发动机燃油、冷却、润滑、充电系统及传动系统、转向系统等的温度、压力、流量诸参数进行实时监控，借助电脑监控分析，进行异常报警；利用微电脑对整机上的开关、继电器、电磁阀进行检测、诊断并分析出故障代码，维修人员利用监控器可读取故障代码，便于快速排除故障。

1 不同的报警信号
根据故障对设备的影响程度不同，ECU一般提供三种保护级别：
1.1 警告
该状态是通知操作手设备接近某一临界状态。

当设备接近临界状态，该事件会被记录在ECU的记忆里，一个故障代码通过诊断数据线传送，硬件输出得电，给出灯光等信号。

一旦在警告模式，故障代码和报警输出将随着故障的存在而存在，直到故障清除。

该警告临界点设置在工厂默认状态，也可以通过服务器在预先设定的范围内改变。

1.2 动作报警
该状态表示设备接近某一临界状态，将会在控制状态下关机或减少负载，继续运行会引起立即关机。

当发动机进入到动作报警状态，该事件会被记录在ECU的记忆内，一故障代码通过诊断数据线传送，动作报警硬件输出得电。

一旦在动作报警模式，故障代码和报警输出将随着故障的存在而存在。

该故障将保留在ECU的记忆内。

1.3 故障关机
当一台设备的运行参数达到关机条件例如机油压力、冷却液温度或超速等，ECU将记录该故障，且关闭发动机。

如果发动机进入关机条件，该事件将会记录在ECU的记忆内。

一个故障代码会通过诊断数据线传送，故障关机输出硬件得电，报警灯亮，警报器响。

该条件关机将直到ECU复位才能解锁。

如果设备处于警告状态，且向故障关机恶化，ECM将纪录该故障，且关机。

ECU提供单个的输出去运行警告灯或继电器去指示如下的故障：
（1）诊断缺陷
（2）冷却液温度高
（3）机油压力低
（4）超速
（5）警告
（6）动作报警
（7）故障关机
如果ECU察觉到冷却液温度报警，则冷却液温度输出得电，报警输出得电，同样地，如ECU机油压力低报警，则机油压力输出得电，报警输出得电。

如果动作报警被激活，如果ECU察觉到冷却液温度报警，则冷却液温度输出得电，动作报警输出得电，同样地，如ECU机油压力低报警，则机油压力输出得电，动作报警输出得电,发动机超速亦是如此。

2 具体故障事例分析与处理
2.1 微电脑断线故障
一台VOLVO平地机正在工作当中，操作手突然感觉到该机自动停机，同时发现操纵盘上的中间红色指示灯亮，BUZZER蜂鸣器响，显示屏显示：STOP! Computer Failure
STOP VEHICLE（停机！电脑故障停机）。

他再次想启动车，发现启动马达运转正常，但
是车启动不起来，同时蜂鸣器响，红色警示灯亮，显示屏显示：Computer Failure STOP VEHICLE.
维修人员在接到现场施工人员报告后，立即赶到现场。

启动设备后发现故障现象如
前所述。

首先检查了各个保险，发现均正常。

根据操作手册指引，对信号线路进行检查，未发现短路现象，同时，接地线良好。

于是我们考虑是否为线路断路所引起的故障，在
这种情况下，我们将E-ECU拆了出来。

通过测量检查发现，E-ECU红色插头上的EB11、EB12线无电，但经测量发现保险FU8下限端子有电，而电源通过FU8保险正是给E-ECU
供电源的，因此我们判定从保险FU8到E-ECU这一段线可能是出现了断路。

为再次确认，我们用万用表进行检查，发现电阻为无穷大，确认是出现了断路现象。

经对断线处理后
启动设备进行检查发现故障消除，设备运行正常。

2.2 微电脑烧毁
笔者经历在莫桑比克公路项目一台VOLVO平地机正在工作时，操作手突然感觉到发
动机油门加不起来，随后就熄火了，之后反复启动也未能发动起来。

维修人员赶到现场后，在现场启动车时没有发现故障代码和报警迹象。

但据操作手叙述：当时I-ECU有了
显示：high engine coolant temperature发动机冷却液高温，显示器中央的琥珀色报
警灯闪亮，但没有蜂鸣器响。

经检查，I-ECU电脑中显示的水温为87度，与操作手所述
不相符；打开了油管油中没有空气，不可能是油路中进入空气。

从启动的迹象观察，不
是油路进气等故障，故障的原因可能还是电路中的，但是不能发动起来。

检查所有的保
险正常，电瓶电压显示正常。

在启动时，用试灯测出1～6缸的电磁阀均没有电的供给，这显然是不正常的，说明没有电源供给E-ECU，继而E-ECU也就没有电源供给各缸的喷
油嘴电磁阀。

测量电源插头E-01.9中的EM9线有电信号，该线是到E-ECU去，说明是
给电脑有电；把E-ECU拆下来后检查发现EB插头中的EB-11和EB-12 号线均有电信号，这是从FU8保险来的信号，是给E-ECU供电的，没有问题。

EB-05号线是从预热继电器
来的，测试时当驾驶室的预热开关接通时，EB-05号线带电；开关断开时，电信号消失，说明正常。

综合以上检测情况，说明E- ECU电源部分没有问题。

然后我们重点把E-ECU到1-6缸的电磁阀的电线重新测量一遍，确认各个线路均是
通畅的，没有短路和短路的现象。

结合E-ECU软件的特点，有没有可能是由于某个传感
信号没有能正确的提供给E-ECU，从而造成E－ECU也不能给1-6缸的电磁阀供给电源，比如是水温，油位传感，曲轴转速传感器或凸轮轴的转角传感器等。

但经检查发现，各
传感器工作正常。

最后推测：可能是E-ECU损坏。

从其它平地机上取下状态良好的E-ECU
换到该车上，启动正常，这说明确实E-ECU损坏。

后把该E-ECU拆开检查，发现一个电子元件和数据连线被烧损。

从迹象上看：应该是由于制造中产生了虚焊，接触不良，造成电路电阻过大，长期通过电流在此处发热继而造成烧损。

2.3 压力传感器故障
一台VOLVO平地机运转过程中油门加不起来，I-ECU报警显示LOW TRANSMISSION OIL PRESSURE (变速箱传动油压力低)，同时I-ECU中央警报灯闪亮和BUZER蜂鸣器响。

既然是变速箱油压力低，一般原因是由于传动油量不足或滤芯脏污堵塞引起。

但更换一个新的滤芯后故障依旧。

待添加一些传动油后，启动设备检查发现油门可以加起来了，但是该I-ECU 显示故障依然如前。

在此运转状态下，拔掉压力传感器（位置在变速箱上前部）后，蜂鸣器不响，故障消除。

但是当停机后需要重新启动，当钥匙开关由OFF 位置转到 ON时，I-ECU出现变速压力故障灯闪亮及中央的警报灯闪亮，蜂鸣器又响起（这是由于ECU在自检过程中不能接受到变速箱压力传感器的信号而报警）；在这种情况下，启动车后，各种故障现象消失，一切正常。

就在此前提下，把接头插接上后立即出现故障现象如前一样，但是当再把传感器撤下，运转一切正常。

结合修理手册中的叙述：该传感器正常状态为常闭；当变速压力大于13.7BAR断开，当压力低于11.7BAR时接通。

于是，由此可以判定是传感器出现了故障，理由如下：（1）假设传感器没有问题。

没有发动车时，钥匙开关由OFF转到ON时，ECU对各部分进行自检。

由于发动机没有发动，变速压力为O，压力传感器接通，T-ECU收取该信号后，认为传感器和线路正常，就不会报警；当发动机启动后，变速压力上升到13.7BAR 以上，该开关断开，T-ECU认为变速压力正常，也就不会报警，一切正常。

当变速系统压力一旦出现问题，开关接通，信号就会传到T-ECU，那末T-ECU认为变速压力出现问题，就会报警。

（2）如果传感器出现问题，一直处于断开位置而不会回位，那末就会在钥匙开关由OFF位转到ON时，在自检过程中I-ECU接受不到该信号，就会出现故障报警信号。

当发动机启动后，随着变速压力的上升，该传感器本就不应该是接通的，那么T-ECU认为变速压力正常，不再报警。

（3）假设传感器出现问题，一直是接通状态的话，那末当钥匙开关由OFF转到ON 时，ECU在自检过程中由于接受到该传感器信号是闭合的，属于正常状态，就不会报警。

当启动设备后，由于变速压力上升到13.7BAR以上，压力传感器应该是断开状态，使
T-ECU感觉该部件运行正常，但由于传感器出现故障，处于一直接通状态， T-ECU就感觉变速箱压力不正常，因而报警给操作手。

事实上就是这样。

经过对上述三种传感器假设状态分析来判断，该传感器应该是一直处于接通状态。

后把该传感器拆下检查发现的确如此，原因是由其内部弹簧生锈发卡所致。

把该传感器处理后装到设备上，试车一切正常。

2.4 冷却液温度过高
我项目所使用的PERKINS柴油发电机组在运转1～2个小时后突然停机，经过一段时间歇息后启动检查，运行正常。

但过一会时间后，又自动停机，同时进行报警。

对各部件检查，发现均处于良好状态。

通过对现场环境的观察，我们发现散热器距离墙壁太近。

因散热器是由风扇向外吹风进行散热的，当热风被吹出后，前面有墙壁阻挡，热气不能及时排出。

故而造成散热效果很差，引起冷却液温度过高，被ECU察觉，触发相关电路使设备停机，同时报警。

综上所述，ECU主要是搜集遍布设备全身的传感器输送来的信号，进行判断、分析，实现对设备的管理。

根据故障的类别、对设备影响的程度不同进行分类，确定故障部位，以便采取相应措施，防止故障的影响和传播，预防灾难事故的发生。

它具有及时性（速度快）、敏感性、确诊性、全面性等特点，对设备的控制、管理技术更进了一步实现设备运行管理的智能化。

今后，随着电子信息技术的不断发展
ECU将会具有更广阔的应用前景和应用空间。

出师表
两汉：诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。

后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。

受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。

今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。

若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。